DE102014105462B4 - SEMICONDUCTOR POWER COMPONENT WITH A HEAT SINK AND METHOD OF MANUFACTURING - Google Patents

SEMICONDUCTOR POWER COMPONENT WITH A HEAT SINK AND METHOD OF MANUFACTURING Download PDF

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DE102014105462B4
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Josef Höglauer
Jürgen Schredl
Xaver Schlögel
Klaus Schiess
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Infineon Technologies Austria AG
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Abstract

Halbleiterbauelement (300), das aufweist:einen Leiterrahmen (110) mit einer Montagefläche (112) und einer gegenüber der Montagefläche (112) angeordneten zweiten Seite (114);einen Metallblock (120) mit einer ersten Fläche (121), die dem Leiterrahmen (110) zugewandt ist, und einer zweiten Fläche (122), die von dem Leiterrahmen (110) fortweist, wobei der Metallblock (120) eine Dicke, zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, von gleich oder größer als dem 1,5-fachen der Dicke des Leiterrahmens (110) hat und wobei ein Flächeninhalt der ersten Fläche (121) gleich oder größer als 4Tm · (Tm + Fc0,5) + Fc ist, wobei Tm die Dicke des Metallblocks (120) , zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, ist und Fc ein Flächeninhalt einer ersten Fläche eines Halbleiterleistungschips (130) ist, welche mit der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) verbunden ist;wobei der Halbleiterleistungschip (130) über der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) angeordnet und elektrisch mit dem Metallblock (120) und dem Leiterrahmen (110) verbunden ist;einen Verkapselungskörper (310), der den Leiterrahmen (110), den Metallblock (120) und den Halbleiterleistungschip (130) einbettet, wobei die zweite Seite (114) des Leiterrahmens (110) unter dem Halbleiterleistungschip (120) an dem Verkapselungskörper (310) freiliegt; undeinen Kontaktclip (320) mit einer ersten Fläche (321), die mit einer zweiten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) gegenüber der ersten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) verbunden ist.A semiconductor device (300) comprising: a lead frame (110) having a mounting surface (112) and a second side (114) opposite the mounting surface (112); a metal block (120) having a first surface (121) facing the lead frame (110) and a second face (122) facing away from the leadframe (110), the metal block (120) having a thickness, measured between the first (121) and second (122) faces, equal to or greater than 1.5 times the thickness of the lead frame (110) and wherein an area of the first face (121) is equal to or greater than 4Tm (Tm + Fc0.5) + Fc, where Tm is the thickness of the metal block (120 ) , measured between the first (121) and second (122) faces, and Fc is an area of a first face of a semiconductor power die (130) bonded to the second face (122) of the metal block (120);wherein the semiconductor power die (130) arranged over the second surface (122) of the metal block (120). net and electrically connected to the metal block (120) and the leadframe (110);an encapsulation body (310) encapsulating the leadframe (110), the metal block (120) and the semiconductor power die (130), the second side (114 ) the lead frame (110) is exposed under the semiconductor power die (120) on the encapsulation body (310); anda contact clip (320) having a first face (321) connected to a second face of the semiconductor power die (130) opposite the first face of the semiconductor power die (130).

Description

Diese Erfindung betrifft die Technik des Verkapselns (Packaging) und insbesondere die Technik des Verkapselns (Packaging) eines Halbleiterleistungschips.This invention relates to the technique of packaging, and more particularly to the technique of encapsulating a semiconductor power chip.

Die Hersteller von Leistungshalbleiterbauelementen sind unablässig bestrebt, die Leistung ihrer Produkte zu steigern und gleichzeitig die Kosten ihrer Herstellung zu senken. Ein kostenintensiver Bereich bei der Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen ist das Verkapseln (Packaging) des Halbleiterleistungschips. Die Leistung eines Leistungshalbleiterbauelements ist von der Wärmedissipationsfähigkeit des Package abhängig. Es sind Packaging-Verfahren wünschenswert, die eine hohe thermische Robustheit bei niedrigen Kosten erbringen. Die US 2008 / 0 029 860 A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterchip, einem Wärmespreizer und einem Chipträger, wobei der Wärmespreizer zwischen Halbleiterchip und Chipträger angeordnet ist. Vergleichbare Halbleitervorrichtungen sind in der DE 10 2008 008 920 A1 der und der US 2008 / 0 164 589 A1 und der DE 10 2005 054 872 A1 offenbart.The manufacturers of power semiconductor components are relentlessly striving to increase the performance of their products while reducing the costs of their manufacture. A cost-intensive area in the production of power semiconductor components is the encapsulation (packaging) of the semiconductor power chip. The performance of a power semiconductor component depends on the heat dissipation capacity of the package. It is desirable to have packaging processes that provide high thermal robustness at low cost. the US 2008/029 860 A1 discloses a semiconductor device having a semiconductor chip, a heat spreader and a chip carrier, the heat spreader being arranged between the semiconductor chip and the chip carrier. Comparable semiconductor devices are in DE 10 2008 008 920 A1 that and that US 2008/0 164 589 A1 and the DE 10 2005 054 872 A1 disclosed.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, ein Halbleiterbauelement mit guten thermischen Eigenschaften zu schaffen. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben werden.An object on which the invention is based can be seen in creating a semiconductor component with good thermal properties. Furthermore, a method for producing such a component is to be specified.

Die Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The problem is solved by the features of the independent claims. Embodiments and developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer Ausführungsform eines Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen elektrisch leitenden Träger mit einer Montagefläche, einem Metallblock und einem Halbleiterleistungschip. Der Metallblock hat eine erste Fläche, die dem Träger zugewandt ist, und eine zweite Fläche, die von dem elektrisch leitenden Träger fort weist. Der Halbleiterleistungschip ist über der zweiten Fläche des Metallblocks angeordnet.According to one embodiment of a semiconductor component, the semiconductor component comprises an electrically conductive carrier with a mounting surface, a metal block and a semiconductor power chip. The metal block has a first surface facing the carrier and a second surface facing away from the electrically conductive carrier. The semiconductor power chip is arranged over the second surface of the metal block.

Gemäß einer Ausführungsform eines Halbleiter-Package umfasst das Halbleiter-Package einen Leiterrahmen mit einer Dicke T1, einen Metallblock und einen Halbleiterleistungschip. Der Metallblock ist an dem Leiterrahmen montiert. Der Metallblock hat eine Dicke Tm, wobei Tm mindestens so groß ist wie 1,5-mal T1. Der Halbleiterleistungschip ist an dem Metallblock montiert.According to one embodiment of a semiconductor package, the semiconductor package comprises a lead frame with a thickness T1, a metal block and a semiconductor power chip. The metal block is mounted on the lead frame. The metal block has a thickness Tm, where Tm is at least 1.5 times T1. The semiconductor power chip is mounted on the metal block.

Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren das Bonden eines Halbleiterleistungschips an einen Metallblock und das Bonden des Metallblocks an einen elektrisch leitenden Träger.According to one embodiment of a method for producing a semiconductor component, the method comprises the bonding of a semiconductor power chip to a metal block and the bonding of the metal block to an electrically conductive carrier.

Der Fachmann erkennt beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und beim Betrachten der begleitenden Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile.Those skilled in the art will recognize additional features and advantages upon reading the following detailed description and viewing the accompanying drawings.

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Zweck, das Verständnis der Ausführungsformen zu erleichtern. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dem Erläutern der Prinzipien von Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ohne Weiteres verständlich. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen einander entsprechende oder ähnliche Teile.

  • 1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements.
  • 2 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht eines nicht erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements.
  • 3 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Leistungshalbleiterbauelements entlang der Linie A-A in 5, wobei des Weiteren die stationäre Wärmeleistungsdissipation veranschaulicht ist.
  • 4 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Leistungshalbleiterbauelements entlang der Linie A-A in 5, wobei des Weiteren die dynamische Wärmeleistungsdissipation veranschaulicht ist.
  • 5 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht eines beispielhaften Leistungshalbleiterbauelements.
  • 6 veranschaulicht ein grundlegendes Schaltbild eines Halbbrücken-Leistungshalbleiterbauelements.
  • 7A-7G veranschaulichen schematisch Querschnittsansichten eines beispielhaften Prozesses eines Verfahrens zum Verkapseln eines Halbleiterleistungschips.
The accompanying drawings serve the purpose of making the embodiments easier to understand. The drawings illustrate embodiments and together with the description serve to explain the principles of embodiments. Other embodiments and many of the intended advantages of embodiments will be readily understood from the following detailed description. The elements of the drawings are not necessarily to scale relative to one another. The same reference numbers designate corresponding or similar parts.
  • 1 schematically illustrates a cross-sectional view of a power semiconductor component not according to the invention.
  • 2 schematically illustrates a top view of a power semiconductor component not according to the invention.
  • 3 FIG. 11 schematically illustrates a cross-sectional view of an exemplary power semiconductor device along line AA in FIG 5 , wherein the stationary thermal power dissipation is further illustrated.
  • 4th FIG. 11 schematically illustrates a cross-sectional view of an exemplary power semiconductor device along line AA in FIG 5 , further illustrating the dynamic thermal power dissipation.
  • 5 schematically illustrates a top view of an exemplary power semiconductor device.
  • 6th Figure 3 illustrates a basic circuit diagram of a half-bridge power semiconductor device.
  • 7A-7G schematically illustrate cross-sectional views of an exemplary process of a method for encapsulating a semiconductor power chip.

In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung konkrete Ausführungsformen gezeigt sind, wie die Erfindung praktiziert werden kann. In diesem Zusammenhang werden Richtungsbegriffe, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „vorn“, „hinten“, „oberer“, „unterer“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, dienen die Richtungsbegriffe lediglich der Veranschaulichung und sind in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll darum nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden.In the following description, reference is made to the accompanying drawings, in which there is shown by way of illustration specific embodiments of how the invention may be practiced. In this context, directional terms such as “up”, “down”, “front”, “back”, “upper”, “lower” etc. are used Used with reference to the orientation of the figure (s) described. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terms are used for purposes of illustration only and are in no way limiting. It goes without saying that other embodiments can also be used and that structural or logical changes can be made without departing from the concept of the present invention. The following detailed description is therefore not to be understood in a restrictive sense.

Es versteht sich, dass die Merkmale der im vorliegenden Text beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.It goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described in the present text can be combined with one another, unless expressly stated otherwise.

Im Sinne dieser Spezifikation meinen die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „verbunden“ nicht generell, dass Elemente direkt miteinander gekoppelt oder verbunden sein müssen. Es können Zwischenelemente zwischen den „gekoppelten“ oder „verbundenen“ Elementen angeordnet sein. Ohne auf diese Bedeutung beschränkt zu sein, können die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „verbunden“ aber auch in dem Sinne verstanden werden, dass sie optional eine Ausführung offenbaren, in welcher die Elemente direkt miteinander gekoppelt oder verbunden sind, ohne dass Zwischenelemente zwischen den „gekoppelten“ oder „verbundenen“ Elementen vorhanden sind.For the purposes of this specification, the terms “coupled” and / or “connected” do not generally mean that elements must be directly coupled or connected to one another. There may be intermediate elements between the "coupled" or "connected" elements. Without being limited to this meaning, the terms “coupled” and / or “connected” can also be understood in the sense that they optionally disclose an embodiment in which the elements are directly coupled or connected to one another without any intermediate elements between the "coupled" or "connected" elements are present.

Im vorliegenden Text werden Bauelemente beschrieben, die einen Halbleiterleistungschip enthalten. Insbesondere können ein oder mehrere Halbleiterleistungschips mit einer vertikalen Struktur involviert sein; das heißt, dass die Halbleiterleistungschips so hergestellt werden können, dass elektrische Ströme in einer Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der Halbleiterleistungschips fließen können. Ein Halbleiterleistungschip mit einer vertikalen Struktur hat Elektroden auf seinen zwei Hauptflächen, das heißt auf seiner Oberseite und seiner Unterseite. In verschiedenen anderen Ausführungsformen können Halbleiterleistungschips mit einer horizontalen Struktur involviert sein. Ein Halbleiterleistungschip mit einer horizontalen Struktur hat Elektroden nur auf einer einzigen Fläche, das heißt auf seiner Oberseite.In the present text, components are described that contain a semiconductor power chip. In particular, one or more semiconductor power chips with a vertical structure can be involved; that is, the semiconductor power chips can be manufactured so that electric currents can flow in a direction perpendicular to the main surfaces of the semiconductor power chips. A semiconductor power chip with a vertical structure has electrodes on its two main surfaces, that is, on its upper side and its lower side. In various other embodiments, semiconductor power chips with a horizontal structure may be involved. A semiconductor power chip with a horizontal structure has electrodes only on a single surface, that is, on its upper side.

Der Halbleiterleistungschip kann aus speziellem Halbleitermaterial hergestellt werden, wie zum Beispiel Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, InGaAs, InAlAs usw., und kann des Weiteren anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind. Die Halbleiterleistungschips können von unterschiedlicher Art sein und können durch unterschiedliche Technologien hergestellt werden.The semiconductor power chip can be made of special semiconductor material, such as Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, InGaAs, InAlAs, etc., and can further contain inorganic and / or organic materials that are not semiconductors. The semiconductor power chips can be of different types and can be manufactured by different technologies.

Des Weiteren können die im vorliegenden Text beschriebenen elektronischen Bauelemente optional einen oder mehrere integrierte Logikschaltkreise zum Steuern des Halbleiterleistungschips enthalten. Der integrierte Logikschaltkreis kann einen oder mehrere Ansteuerkreise zum Ansteuern des Halbleiterleistungschips enthalten. Der integrierte Logikschaltkreis kann zum Beispiel ein Mikrocontroller sein, der zum Beispiel Speicherschaltkreise, Pegelschieber usw. enthält.Furthermore, the electronic components described in the present text can optionally contain one or more integrated logic circuits for controlling the semiconductor power chip. The integrated logic circuit can contain one or more control circuits for controlling the semiconductor power chip. The integrated logic circuit can be, for example, a microcontroller which contains, for example, memory circuits, level shifters, etc.

Der Halbleiterleistungschip kann Elektroden (Chipinseln) haben, die die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den integrierten Schaltkreisen ermöglichen, die in dem Halbleiterleistungschip enthalten sind. Die Elektroden können eine oder mehrere Metallschichten enthalten, die auf das Halbleitermaterial der Halbleiterleistungschips aufgebracht werden. Die Metallschichten können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Gestalt und jeder beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die Metallschichten können zum Beispiel in Form einer Schicht oder eines Kontaktflecks ausgebildet sein, die bzw. der einen Bereich bedeckt. Zum Beispiel kann jedes beliebige gewünschte Metall, das in der Lage ist, eine Lötbondung oder Diffusionslötbondung zu bilden, zum Beispiel Cu, Ni, NiSn, Au, Ag, Pt, Pd, In, Sn und eine Legierung aus einem oder mehreren dieser Metalle, als das Material verwendet werden. Die Metallschichten brauchen nicht homogen zu sein oder aus nur einem einzigen Material zu bestehen; das heißt, es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Metallschichten enthaltenen Materialien möglich.The semiconductor power chip may have electrodes (chip islands) that enable electrical contact to be made with the integrated circuits contained in the semiconductor power chip. The electrodes can contain one or more metal layers which are applied to the semiconductor material of the semiconductor power chips. The metal layers can be produced with any desired geometric shape and any desired material composition. The metal layers can, for example, be in the form of a layer or a contact pad that covers one area. For example, any desired metal capable of forming a solder bond or diffusion solder bond, for example Cu, Ni, NiSn, Au, Ag, Pt, Pd, In, Sn, and an alloy of one or more of these metals, to be used as the material. The metal layers need not be homogeneous or consist of only a single material; that is, different compositions and concentrations of the materials contained in the metal layers are possible.

Halbleiterleistungschips können zum Beispiel als Leistungs-MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors) Leistungs-MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) , JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors), HEMTs (High Electron Mobility Transistors), Leistungs-Bipolartransistoren oder Leistungsdioden, wie zum Beispiel eine PIN-Diode oder eine Schottky-Diode, konfiguriert sein. Zum Beispiel können sich in vertikalen Bauelementen die Source-Kontaktelektrode und die Gate-Kontaktelektrode eines Leistungs-MISFET oder eines Leistungs-MOSFET oder eines HEMT auf einer Hauptfläche befinden, während die Drain-Kontaktelektrode des Leistungs-MISFET oder Leistungs-MOSFET oder HEMT auf der anderen Hauptfläche angeordnet sein kann. Jedoch können die Halbleiterleistungschips, die im vorliegenden Text in Betracht gezogen werden, zum Beispiel HEMTs, auch horizontale Bauelemente sein, bei denen die Elektroden nur auf der Oberseite angeordnet sind.Semiconductor power chips can be used as power MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors), Power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors), HEMTs (High Electron Mobility Transistor), power bipolar transistors or power diodes, such as a PIN diode or a Schottky diode. For example, in vertical components, the source contact electrode and the gate contact electrode of a power MISFET or a power MOSFET or a HEMT can be on one main surface, while the drain contact electrode of the power MISFET or power MOSFET or HEMT is on the other main surface can be arranged. However, the semiconductor power chips that are considered in the present text, for example HEMTs, can also be horizontal components, in which the electrodes are only arranged on the top.

Der Halbleiterleistungschip ist über einem elektrisch leitenden Träger montiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrisch leitende Träger eine Metallplatte oder -folie sein, wie zum Beispiel eine Chipkontaktinsel (Chippad) eines Leiterrahmens (Leadframe). Die Metallplatte oder -folie kann aus jedem beliebigen Metall oder einer beliebigen Metall-Legierung, zum Beispiel Kupfer oder Kupfer-Legierung, bestehen. In anderen Ausführungsformen kann der elektrisch leitende Chipträger aus Kunststoff oder Keramik bestehen. Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Chipträger eine Schicht aus Kunststoff umfassen, die mit einer Metallschicht überzogen ist. Zum Beispiel kann ein solcher Chipträger eine Einschicht-Platine oder eine Mehrschicht-Platine sein. In anderen Ausführungsformen kann der Bauelementträger eine Platte aus Keramik umfassen, die mit einer Metallschicht überzogen ist, zum Beispiel ein metallgebondetes Keramiksubstrat. Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Träger ein DCB (Direct Copper Bonded)-Keramiksubstrat sein.The semiconductor power chip is mounted over an electrically conductive carrier. In various embodiments, the electrically conductive carrier can be a metal plate or foil, such as, for example, a chip contact island (chip pad) of a leadframe. The metal plate or foil can consist of any metal or any metal alloy, for example copper or copper alloy. In other embodiments, the electrically conductive chip carrier can consist of plastic or ceramic. For example, the electrically conductive chip carrier can comprise a layer of plastic that is coated with a metal layer. For example, such a chip carrier can be a single-layer circuit board or a multi-layer circuit board. In other embodiments, the component carrier can comprise a plate made of ceramic which is coated with a metal layer, for example a metal-bonded ceramic substrate. For example, the electrically conductive carrier can be a DCB (Direct Copper Bonded) ceramic substrate.

Der Halbleiterleistungschip kann mindestens teilweise in mindestens ein elektrisch isolierendes Material eingebettet oder davon umgeben sein. Das elektrisch isolierende Material bildet einen Verkapselungskörper. Der Verkapselungskörper kann ein Vergussmaterial umfassen oder aus einem solchen bestehen. Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um den Verkapselungskörper aus dem Vergussmaterial zu bilden, zum Beispiel Druckguss, Spritzguss, Pulverschmelzverfahren oder Harzinfusionsformen. Des Weiteren kann der Verkapselungskörper die Gestalt eines Stücks einer Schicht haben, zum Beispiel ein Stück einer Folie, die auf den Halbleiterleistungschip und den elektrisch leitenden Träger laminiert wird. Der Verkapselungskörper kann einen Teil des Umfangsrandes des Package bilden, d.h. er kann mindestens teilweise die Gestalt des Halbleiterbauelements definieren bzw. deren Umfang begrenzen. The semiconductor power chip can be at least partially embedded in or surrounded by at least one electrically insulating material. The electrically insulating material forms an encapsulation body. The encapsulation body can comprise or consist of a potting material. Various techniques can be used to form the encapsulation body from the potting material, for example die casting, injection molding, powder fusion processes, or resin infusion molding. Furthermore, the encapsulation body can have the shape of a piece of a layer, for example a piece of foil, which is laminated onto the semiconductor power chip and the electrically conductive carrier. The encapsulation body can form part of the peripheral edge of the package, i.e. it can at least partially define the shape of the semiconductor component or limit its circumference.

Das elektrisch isolierende Material kann ein wärmehärtendes Material oder ein thermoplastisches Material umfassen oder daraus bestehen. Ein wärmehärtendes Material kann zum Beispiel auf der Basis eines Epoxidharzes hergestellt werden. Ein thermoplastisches Material kann zum Beispiel ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe bestehend aus Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyamidimid (PAI) umfassen. Thermoplastische Materialien schmelzen bei Anwendung von Druck und Wärme während des Formens oder Laminierens und härten (umkehrbar) unter Kühlung und nachlassendem Druck aus.The electrically insulating material can comprise or consist of a thermosetting material or a thermoplastic material. A thermosetting material can be made on the basis of an epoxy resin, for example. A thermoplastic material can, for example, comprise one or more materials from the group consisting of polyetherimide (PEI), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS) or polyamideimide (PAI). Thermoplastic materials melt when pressure and heat are applied during molding or lamination and harden (reversibly) with cooling and releasing pressure.

Das elektrisch isolierende Material, das den Verkapselungskörper bildet, kann ein Polymermaterial umfassen oder daraus bestehen. Das elektrisch isolierende Material kann mindestens eines von Folgendem umfassen: ein gefülltes oder ungefülltes Vergussmaterial, ein gefülltes oder ungefülltes thermoplastisches Material, ein gefülltes oder ungefülltes wärmehärtendes Material, ein gefülltes oder ungefülltes Laminat, ein faserverstärktes Laminat, ein faserverstärktes Polymerlaminat und ein faserverstärktes Polymerlaminat mit Füllpartikeln.The electrically insulating material that forms the encapsulation body can comprise or consist of a polymer material. The electrically insulating material can comprise at least one of the following: a filled or unfilled potting material, a filled or unfilled thermoplastic material, a filled or unfilled thermosetting material, a filled or unfilled laminate, a fiber reinforced laminate, a fiber reinforced polymer laminate and a fiber reinforced polymer laminate with filler particles .

In einigen Ausführungsformen kann das elektrisch isolierende Material ein Laminat sein, zum Beispiel eine Polymerfolie. Wärme und Druck können über eine Zeitdauer angelegt werden, die geeignet ist, die Polymerfolie an der darunterliegenden Struktur zu befestigen. Während des Laminierens ist die elektrisch isolierende Folie fließfähig (d.h. sie befindet sich in einem plastischen Zustand), was zur Folge hat, dass Spalten zwischen den Halbleiterleistungschips und/oder anderen topologischen Strukturen auf den Chipträgern mit dem Polymermaterial der elektrisch isolierenden Folie ausgefüllt wurden. Die elektrisch isolierende Folie kann jedes zweckmäßige thermoplastische oder wärmehärtende Material umfassen oder daraus bestehen. In einer Ausführungsform kann die isolierende Folie ein Prepreg (kurz für „prä-imprägnierte Fasern“) umfassen oder daraus bestehen, das zum Beispiel aus einer Kombination aus einer Fasermatte, zum Beispiel Glas- oder Kohlefasern, und einem Harz, zum Beispiel einem wärmehärtenden oder thermoplastischen Material, besteht. Prepreg-Materialien sind dem Fachmann bekannt und werden in der Regel zur Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet.In some embodiments, the electrically insulating material can be a laminate, for example a polymer film. Heat and pressure can be applied for a period of time appropriate to adhere the polymer sheet to the underlying structure. During lamination, the electrically insulating film is flowable (i.e. it is in a plastic state), with the result that gaps between the semiconductor power chips and / or other topological structures on the chip carriers are filled with the polymer material of the electrically insulating film. The electrically insulating film can comprise or consist of any suitable thermoplastic or thermosetting material. In one embodiment, the insulating film can comprise or consist of a prepreg (short for “pre-impregnated fibers”), for example a combination of a fiber mat, for example glass or carbon fibers, and a resin, for example a thermosetting or thermoplastic material. Prepreg materials are known to the person skilled in the art and are generally used for the production of printed circuit boards.

Ein Metallblock kann zwischen dem elektrisch leitenden Träger und dem Halbleiterleistungschip angeordnet sein. Der Metallblock kann mechanisch, thermisch und zum Beispiel elektrisch mit dem Halbleiterleistungschip verbunden sein. Der Metallblock kann aus einem beliebigen Metall oder einer beliebigen Metall-Legierung bestehen, insbesondere aus Metallen mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und/oder einer hohen thermischen Kapazität. Zum Beispiel kann der Metallblock Kupfer oder eine Kupfer-Legierung umfassen oder daraus bestehen. Der Metallblock kann aus Vollmetallmaterial bestehen. Der Metallblock kann sowohl eine effektive statische Wärmedissipation als auch eine effektive dynamische Wärmedissipation von Wärmeleistungsverlusten des Halbleiterleistungschips mit einer hohen Wärmeleistungsverlustflächendichte ermöglichen.A metal block can be arranged between the electrically conductive carrier and the semiconductor power chip. The metal block can be mechanically, thermally and, for example, electrically connected to the semiconductor power chip. The metal block can consist of any metal or any metal alloy, in particular of metals with a high thermal conductivity and / or a high thermal capacity. For example, the metal block can comprise or consist of copper or a copper alloy. The metal block can consist of full metal material. The metal block can enable both an effective static heat dissipation and an effective dynamic heat dissipation of heat power losses of the semiconductor power chip with a high heat power loss area density.

Ein Verbindungselement, wie zum Beispiel eine Kontaktklammer (Kontaktclip) , kann elektrisch und mechanisch mit einer Lastelektrode des Halbleiterleistungschips verbunden sein, die auf einer Fläche des Halbleiterleistungschips angeordnet ist, die der Fläche gegenüberliegt, wo der Halbleiterleistungschip mit dem Metallblock verbunden ist. Das Verbindungselement kann auch von einer anderen Art als eine Kontaktklammer (ein Kontaktclip) sein. Es kann zum Beispiel auch durch ein oder mehrere Bänder oder einen oder mehrere Bonddrähte implementiert werden.A connecting element, such as a contact clip (contact clip), can be electrically and mechanically connected to a load electrode of the semiconductor power chip, which is on a surface surface of the semiconductor power chip is arranged, which is opposite to the surface where the semiconductor power chip is connected to the metal block. The connecting element can also be of a type other than a contact clip (a contact clip). It can also be implemented by one or more ribbons or one or more bond wires, for example.

Eine Vielzahl verschiedener Arten elektronischer Bauelemente kann dafür konfiguriert sein, einen Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, zu verwenden, oder kann durch die im vorliegenden Text beschriebenen Techniken hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein elektronisches Bauelement gemäß der Offenbarung zum Beispiel eine Stromversorgung, einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (DC-DC-Wandler), einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (AC-DC-Wandler), einen Leistungsverstärker und viele andere Leistungsbauelemente darstellen.A variety of different types of electronic components can be configured to use a metal block as described herein, or can be fabricated by the techniques described herein. For example, an electronic component according to the disclosure may represent, for example, a power supply, a DC-to-DC converter (DC-DC converter), an AC-to-DC converter (AC-DC converter), a power amplifier, and many other power components.

In verschiedenen Ausführungsformen kann ein im vorliegenden Text offenbartes elektronisches Bauelement zum Beispiel Leistungskaskodenschaltungen beispielsweise auf der Grundlage eines HEMT umfassen. Solche Kaskodenschaltungen bezeichnet der Fachmann als eine HEMT-Kaskode. HEMTs, insbesondere HEMT-Kaskoden, können zum Beispiel auf GaN, AlGaN, InGaAs und InAlAs basieren. Sie können zum Beispiel als Schaltbauelemente, Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (AC-DC-Wandler), Leistungsverstärker, HF-Schaltkreise usw. verwendet werden.In various embodiments, an electronic component disclosed herein may include power cascode circuits, for example based on a HEMT, for example. Such cascode circuits are referred to by those skilled in the art as a HEMT cascode. HEMTs, in particular HEMT cascodes, can be based on GaN, AlGaN, InGaAs and InAlAs, for example. For example, they can be used as switching components, AC-DC converters (AC-DC converters), power amplifiers, RF circuits, etc.

Leistungshalbleiterbauelemente, die mit einem Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, ausgestattet sind, können einen Leistungs-SiC-MOSFET oder eine Leistungs-SiC-Diode als einen Halbleiterleistungschip enthalten. Ähnlich wie HEMTs haben SiC-MOSFETs und SiC-Dioden eine geringe Größe bei gleichzeitig hohen Wärmeleistungsverlusten. Des Weiteren können Halbbrücken-Schaltkreise, die einen Highside-Transistor und einen Lowside-Transistor enthalten, einen Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, verwenden. Halbbrücken-Schaltkreise können zum Beispiel als Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (AC-DC-Wandler) oder Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (DC-DC-Wandler) verwendet werden.Power semiconductor components which are equipped with a metal block, as described in the present text, can contain a power SiC MOSFET or a power SiC diode as a semiconductor power chip. Similar to HEMTs, SiC MOSFETs and SiC diodes are small in size with high thermal power losses at the same time. Furthermore, half-bridge circuits that contain a high-side transistor and a low-side transistor can use a metal block, as described in the present text. Half-bridge circuits can be used, for example, as alternating current to direct current converters (AC-DC converters) or direct current to direct current converters (DC-DC converters).

Allgemein können Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler dafür verwendet werden, eine Gleichstrom-Eingangsspannung, die durch eine Batterie oder einen Akkumulator bereitgestellt wird, in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung umzuwandeln, die an die Anforderungen der nachgeschalteten elektronischen Schaltkreise angepasst ist. Zum Beispiel kann ein im vorliegenden Text beschriebener Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ein Buck-Converter oder Abwärtswandler sein. Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler können dafür verwendet werden, eine Wechselstrom-Eingangsspannung, die zum Beispiel durch ein Hochspannungs-Wechselstrom-Leistungsnetz bereitgestellt wird, in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung umzuwandeln, die an die Anforderungen der nachgeschalteten elektronischen Schaltkreise angepasst ist.In general, DC-DC converters can be used to convert a DC input voltage, which is provided by a battery or an accumulator, into a DC output voltage that is adapted to the requirements of the downstream electronic circuits. For example, a DC-DC converter described herein can be a buck converter or buck converter. AC-DC converters can be used to convert an AC input voltage, for example provided by a high-voltage AC power network, into a DC output voltage that is adapted to the requirements of the downstream electronic circuits.

Im Allgemeinen kann jedes Leistungsbauelement, das einen Halbleiterleistungschip mit einem hohen Wärmeleistungsverlust und einer vergleichsweise kleinen Grundfläche zum Dissipieren der Wärmeleistung umfasst, von der Offenbarung im vorliegenden Text profitieren. Zum Beispiel können Halbleiterleistungschips, die während des Betriebes einen Wärmeleistungsverlust von mindestens beispielsweise 1 W, 3 W, 5 W, 7 W oder 10 W und zum Beispiel eine Grundfläche zur Wärmeleistungsdissipation von gleich oder kleiner als 15 mm2, 10 mm2, 7 mm2, 5 mm2 oder 3 mm2 aufweisen, einen Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, zum Verbessern ihres thermischen Verhaltens und zur Leistungsdissipation während des Betriebes verwenden. In general, any power device that includes a semiconductor power chip with a high thermal power loss and a comparatively small footprint for dissipating the thermal power can benefit from the disclosure herein. For example, semiconductor power chips that have a thermal power loss during operation of at least 1 W, 3 W, 5 W, 7 W or 10 W and, for example, a base area for thermal power dissipation of equal to or less than 15 mm 2 , 10 mm 2 , 7 mm 2 , 5 mm 2 or 3 mm 2 , use a metal block, as described in the present text, to improve their thermal behavior and for power dissipation during operation.

1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements 100. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst einen elektrisch leitenden Träger 110, einen Halbleiterleistungschip 130 und einen Metallblock 120, der zwischen dem elektrisch leitenden Träger 110 und dem Halbleiterleistungschip 130 angeordnet ist. 1 4 illustrates a cross-sectional view of a semiconductor component 100 not according to the invention. The semiconductor component 100 comprises an electrically conductive carrier 110, a semiconductor power chip 130 and a metal block 120 which is arranged between the electrically conductive carrier 110 and the semiconductor power chip 130.

Der elektrisch leitende Träger 110 kann aus einer flachen Metallplatte bestehen, zum Beispiel einer Chipkontaktinsel (Chippad) eines Leiterrahmens (Leadframes). Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Träger 110 aus einem Vollmetallmaterial bestehen. Eine Dicke des elektrisch leitenden Trägers 110 ist mit Tl bezeichnet. Die Dicke T1 kann zum Beispiel gleich oder größer als 0, 1 mm, 0, 3 mm oder 0, 5 mm sein, oder die Dicke T1 kann gleich oder kleiner als 0,7 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein.The electrically conductive carrier 110 can consist of a flat metal plate, for example a chip contact island (chip pad) of a lead frame. For example, the electrically conductive carrier 110 can consist of a full metal material. A thickness of the electrically conductive carrier 110 is denoted by T1. For example, the thickness T1 can be equal to or greater than 0.1 mm, 0.3 mm or 0.5 mm, or the thickness T1 can be equal to or less than 0.7 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.2mm or 0.1mm.

Der Halbleiterleistungschip 130 kann zum Beispiel ein GaN-HEMT, ein Si- oder SiC-Leistungs-MOSFET oder eine Si- oder SiC-Leistungsdiode sein. Der Halbleiterleistungschip 130 kann hohe thermische Verluste während des Betriebes haben, zum Beispiel einen Wärmeleistungsverlust (Wärmedissipation) im Bereich zwischen 1 W und 10 W oder noch mehr. Die Wärmeleistung, die in dem Halbleiterleistungschip 130 während des Betriebes erzeugt wird, muss abgeleitet werden, um ein Überhitzen, eine Materialverschlechterung oder einen Ausfall des Halbleiterleistungschips 130 zu vermeiden. Der Halbleiterleistungschip 130 kann dafür konfiguriert sein, bei Spannungen über 50 V, 100 V, 300 V, 500 V oder 1000 V zu arbeiten. Der Halbleiterleistungschip 130 kann eine Dicke Tc, gemessen zwischen der ersten Fläche 131 und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche 132 des Halbleiterleistungschips 130, von gleich oder kleiner als 300 µm, 200 µm, 100 µm, 80 µm oder 50 µm haben.The semiconductor power chip 130 can be, for example, a GaN-HEMT, an Si or SiC power MOSFET, or an Si or SiC power diode. The semiconductor power chip 130 can have high thermal losses during operation, for example a thermal power loss (heat dissipation) in the range between 1 W and 10 W or even more. The thermal power that is generated in the semiconductor power chip 130 during operation must be dissipated in order to avoid overheating, material deterioration, or failure of the semiconductor power chip 130. The semiconductor power chip 130 may be configured to operate at voltages above 50 V, 100 V, 300 V, 500 V or 1000 V to work. The semiconductor power chip 130 can have a thickness Tc, measured between the first surface 131 and an opposing second surface 132 of the semiconductor power chip 130, of equal to or less than 300 μm, 200 μm, 100 μm, 80 μm or 50 μm.

Der Metallblock 120 hat eine erste Fläche 121, die dem elektrisch leitenden Träger 110 zugewandt ist, und eine zweite Fläche 122, die von dem elektrisch leitenden Träger 110 fort weist. Der Halbleiterleistungschip 130 ist über der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 angeordnet.The metal block 120 has a first surface 121, which faces the electrically conductive carrier 110, and a second surface 122, which faces away from the electrically conductive carrier 110. The semiconductor power chip 130 is disposed over the second surface 122 of the metal block 120.

Der Metallblock 120 hat eine Dicke, die mit Tm bezeichnet ist. Die Dicke Tm des Metallblocks 120 wird zwischen der ersten Fläche 121 und der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 gemessen. Die Dicke Tm kann gleich oder größer als das 1,5-, 2,0-, 3,0-, 4,0- oder 5,0-fache der Dicke T1 des elektrisch leitenden Trägers 110 sein. Zum Beispiel kann die Dicke Tm gleich oder größer als 0,5 mm, 0,75 mm, 1,0 mm, 1,25 mm oder 1,5 mm sein.The metal block 120 has a thickness indicated by Tm. The thickness Tm of the metal block 120 is measured between the first surface 121 and the second surface 122 of the metal block 120. The thickness Tm may be equal to or greater than 1.5, 2.0, 3.0, 4.0 or 5.0 times the thickness T1 of the electrically conductive substrate 110. For example, the thickness Tm can be equal to or greater than 0.5 mm, 0.75 mm, 1.0 mm, 1.25 mm, or 1.5 mm.

Die erste Fläche 121 des Metallblocks 120 kann eine Oberfläche gleich oder größer als 8,0 mm2, 14,0 mm2, 20,0 mm2 oder 26,0 mm2 haben. Die erste Fläche 121 des Metallblocks 120 kann vollständig mit einer Oberseite 112 des elektrisch leitenden Trägers 110 verbunden sein.The first surface 121 of the metal block 120 may have a surface area equal to or greater than 8.0 mm 2 , 14.0 mm 2 , 20.0 mm 2, or 26.0 mm 2 . The first surface 121 of the metal block 120 can be completely connected to an upper side 112 of the electrically conductive carrier 110.

Der Halbleiterleistungschip 130 hat eine erste Fläche 131, die mit der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 verbunden ist. Die erste Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 kann zum Beispiel durch den Umriss einer Elektrode oder einer Metallbeschichtung (in 1 nicht gezeigt) begrenzt werden, die sich auf der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 befindet und der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 zugewandt ist. Auf diese Weise ist die erste Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 die Fläche des Halbleiterleistungschips 130, die mit der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 verbunden ist und die kraft dieser Verbindung befähigt ist, Wärme von dem Halbleiterleistungschip 130 zu dem Metallblock 120 zu übertragen. In vielen Fällen kann die erste Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 der Grundfläche des Halbleiterleistungschips 130 entsprechen oder kann eine Größe haben, die mit dem Flächeninhalt der Grundfläche des Halbleiterleistungschips 130 identisch ist oder fast so groß ist wie dieser. Somit ist - im Sinne des vorliegenden Textes - die erste Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 diejenige Fläche, welche die Wärmeübertragung von dem Halbleiterleistungschip 130 zu der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 bewirkt. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird in der folgenden Beschreibung kein Unterschied zwischen der Grundfläche des Halbleiterleistungschips 130 und der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 gemacht.The semiconductor power chip 130 has a first surface 131 that is connected to the second surface 122 of the metal block 120. The first area 131 of the semiconductor power chip 130 can, for example, be defined by the outline of an electrode or a metal coating (in 1 not shown), which is located on the first surface 131 of the semiconductor power chip 130 and faces the second surface 122 of the metal block 120. In this way, the first surface 131 of the semiconductor power chip 130 is the surface of the semiconductor power chip 130 which is connected to the second surface 122 of the metal block 120 and which, by virtue of this connection, is able to transfer heat from the semiconductor power chip 130 to the metal block 120. In many cases, the first area 131 of the semiconductor power chip 130 may correspond to the footprint of the semiconductor power chip 130, or may have a size that is the same as or nearly as large as the area of the footprint of the semiconductor power chip 130. Thus - in the sense of the present text - the first surface 131 of the semiconductor power chip 130 is that surface which brings about the heat transfer from the semiconductor power chip 130 to the first surface 121 of the metal block 120. In order to simplify the description, no distinction is made between the base area of the semiconductor power chip 130 and the first area 131 of the semiconductor power chip 130 in the following description.

Wie weiter unten noch ausführlicher erläutert wird, richtet sich die Effizienz des Wärmeabflusses durch den Metallblock 120 nach den Bemessungsparametern des Metallblocks 120. Insbesondere sollte der Metallblock 120 eine Aufweitung (Dilatation) des Wärmestroms in einer Richtung von dem Halbleiterleistungschip 130 fort ermöglichen. Das heißt, der Bereich des Wärmeübergangs von dem Metallblock 120 zu dem elektrisch leitenden Träger 110 sollte größer sein als der Bereich des Wärmeübergangs von dem Halbleiterleistungschip 130 zu dem Metallblock 120.As will be explained in more detail below, the efficiency of the heat dissipation through the metal block 120 depends on the dimensioning parameters of the metal block 120. In particular, the metal block 120 should enable the heat flow to expand (dilate) in a direction away from the semiconductor power chip 130. That is to say, the area of the heat transfer from the metal block 120 to the electrically conductive carrier 110 should be larger than the area of the heat transfer from the semiconductor power chip 130 to the metal block 120.

Zum Beispiel kann der Flächeninhalt der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 gleich oder größer als 4 Tm ( Tm + Fc 0,5 ) + Fc

Figure DE102014105462B4_0001
sein, wobei Fc der Flächeninhalt der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 ist.For example, the area of the first surface 121 of the metal block 120 may be equal to or greater than 4th Tm ( Tm + Fc 0.5 ) + Fc
Figure DE102014105462B4_0001
where Fc is the area of the first area 131 of the semiconductor power chip 130.

Die Erweiterung des Bereichs des Wärmeübergangs von dem Halbleiterleistungschip 130 zu dem Metallblock 120 und von dem Metallblock 120 zu dem elektrisch leitenden Träger 110 ist durch das Strichlinie in 1 veranschaulicht. Es ist anzumerken, dass Gleichung (1) zum Beispiel einer Implementierung entsprechen kann, bei der der Unterschied zwischen einer seitlichen Abmessung Wb der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 und einer seitlichen Abmessung Wc der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 mindestens zweimal 2Tm/3 beträgt (wenn beispielhaft und ohne Verlust der Allgemeingültigkeit rechteckige oder quadratische Wärmeübergangsbereiche angenommen werden würden). Bei diesem und anderen Beispielen kann der Metallblock 120 einen geometrischen Spreizwinkel α von 30 Grad oder mehr zwischen der Strichlinie, die die Ränder der ersten Flächen 121 und 131 verbindet, und einer vertikalen Richtung, die der Hauptrichtung des Wärmestromes entspricht, ermöglichen.The expansion of the area of heat transfer from the semiconductor power chip 130 to the metal block 120 and from the metal block 120 to the electrically conductive carrier 110 is indicated by the dashed line in FIG 1 illustrated. It should be noted that equation (1) may correspond to an implementation, for example, in which the difference between a lateral dimension Wb of the first surface 121 of the metal block 120 and a lateral dimension Wc of the first surface 131 of the semiconductor power chip 130 is at least 2Tm / 3 twice (if, by way of example and without loss of generality, rectangular or square heat transfer areas were assumed). In this and other examples, the metal block 120 can allow a geometric spread angle α of 30 degrees or more between the dashed line connecting the edges of the first surfaces 121 and 131 and a vertical direction corresponding to the main direction of heat flow.

Des Weiteren kann zum Beispiel der Flächeninhalt der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 gleich oder größer als 3Tm ( 3Tm/4 + Fc 0,5 ) + Fc

Figure DE102014105462B4_0002
sein.Furthermore, for example, the area of the first surface 121 of the metal block 120 may be equal to or greater than 3Tm ( 3Tm / 4 + Fc 0.5 ) + Fc
Figure DE102014105462B4_0002
being.

Gleichung (2) kann zum Beispiel einer Implementierung entsprechen, bei der der Unterschied zwischen einer seitlichen Abmessung Wb der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 und einer seitlichen Abmessung Wc der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 mindestens das Doppelte der Dicke Tm des Metallblocks 120 beträgt. Bei diesem und anderen Beispielen kann der Metallblock 120 einen geometrischen Spreizwinkel α von 45 Grad oder mehr zwischen der Strichlinie, die die Ränder der ersten Flächen 121 und 131 verbindet, und einer vertikalen Richtung, die der Hauptrichtung des Wärmestromes entspricht, ermöglichen. Zum Beispiel können die seitlichen Abmessungen Wb des Metallblocks 120 in einem Bereich zwischen 2 × 2 mm und 8 × 8 mm liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen 3,5 × 3,5 mm und 6,5 × 6,5 mm.Equation (2) may correspond, for example, to an implementation in which the difference between a lateral dimension Wb of the first surface 121 of the metal block 120 and a lateral one Dimension Wc of the first surface 131 of the semiconductor power chip 130 is at least twice the thickness Tm of the metal block 120. In this and other examples, the metal block 120 can allow a geometric spread angle α of 45 degrees or more between the dashed line connecting the edges of the first surfaces 121 and 131 and a vertical direction corresponding to the main direction of heat flow. For example, the lateral dimensions Wb of the metal block 120 can be in a range between 2 × 2 mm and 8 × 8 mm, in particular in a range between 3.5 × 3.5 mm and 6.5 × 6.5 mm.

Der Metallblock 120 kann aus einem Metall oder einer Metall-Legierung mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen. Des Weiteren kann der Metallblock 120 aus einem Metall mit einer hohen thermischen Kapazität bestehen. Zum Beispiel kann der Metallblock 120 Kupfer oder eine Kupfer-Legierung umfassen oder daraus bestehen.The metal block 120 can be made of a metal or a metal alloy with a high thermal conductivity. Furthermore, the metal block 120 may be made of a metal having a high thermal capacity. For example, the metal block 120 may comprise or consist of copper or a copper alloy.

In 2 ist eine beispielhafte Draufsicht des Leistungshalbleiterbauelements 100 gezeigt. Zum Beispiel kann der Halbleiterleistungschip 130 eine rechteckige oder quadratische Gestalt haben. Gleichermaßen kann der Metallblock 120 zum Beispiel eine rechteckige oder quadratische Gestalt haben. In 2 entspricht der veranschaulichte Umriss des Halbleiterleistungschips 130 dem Umriss der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130, und der veranschaulichte Umriss des Metallblocks 120 entspricht der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120. Somit begrenzen die veranschaulichten Umrisse die Bereiche der Wärmeübertragung von dem Halbleiterleistungschip 130 zu dem Metallblock 120 und von dem Metallblock 120 zu dem elektrisch leitenden Träger 110. Wie zuvor erwähnt, unterscheiden sich die Flächeninhalte dieser Wärmeübertragungsbereiche erheblich voneinander. Zum Beispiel kann ein Verhältnis des Flächeninhalts der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 zu dem Flächeninhalt der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 gleich oder größer als 5,0, 7,0, 11,0 oder 13,0 sein.In 2 An exemplary top view of the power semiconductor device 100 is shown. For example, the semiconductor power chip 130 may have a rectangular or square shape. Likewise, the metal block 120 may have a rectangular or square shape, for example. In 2 the illustrated outline of the semiconductor power chip 130 corresponds to the outline of the first surface 131 of the semiconductor power chip 130, and the illustrated outline of the metal block 120 corresponds to the first surface 121 of the metal block 120. Thus, the illustrated outline delimits the areas of heat transfer from the semiconductor power chip 130 to the metal block 120 and from the metal block 120 to the electrically conductive support 110. As previously mentioned, the surface areas of these heat transfer areas differ considerably from one another. For example, a ratio of the area of the first area 121 of the metal block 120 to the area of the first area 131 of the semiconductor power chip 130 may be equal to or greater than 5.0, 7.0, 11.0, or 13.0.

Der elektrisch leitende Träger 110 kann auch eine insgesamt rechteckige oder quadratische Gestalt haben. Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Träger 110 Vorsprünge 113 umfassen, die vom Umfangsrand des elektrisch leitenden Trägers 110 hervorstehen. Wie in 2 veranschaulicht, können die Vorsprünge 113 aus einem Verkapselungskörper 210 hervorragen, der aus einem isolierenden Material besteht. Der Verkapselungskörper 210 (der in 1 nicht gezeigt ist) kann den Metallblock 120 und den darauf befindlichen Halbleiterleistungschip 130 teilweise oder vollständig einbetten.The electrically conductive carrier 110 can also have an overall rectangular or square shape. For example, the electrically conductive carrier 110 may include protrusions 113 that protrude from the peripheral edge of the electrically conductive carrier 110. As in 2 As illustrated, the protrusions 113 may protrude from an encapsulation body 210 made of an insulating material. The encapsulation body 210 (the one shown in 1 not shown) may partially or completely embed the metal block 120 and the semiconductor power chip 130 located thereon.

3 veranschaulicht ein Halbleiterbauelement 300. Im Hinblick auf den elektrisch leitenden Träger 110, den Metallblock 120 und den Halbleiterleistungschip 130 kann das Halbleiterbauelement 300 zum Beispiel das gleiche Design, die gleichen Spezifikationen und die gleichen Abmessungen haben wie das Halbleiterbauelement 100. Des Weiteren kann das Halbleiterbauelement 300 ein elektrisch leitendes Verbindungselement 320 umfassen, das eine erste Fläche 321 aufweist, die mit der zweiten Fläche 132 des Halbleiterleistungschips 130 verbunden ist, die der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 gegenüber liegt. In 2 kann das Verbindungselement 320 zum Beispiel elektrisch und mechanisch mit einer (nicht gezeigten) Elektrode auf der zweiten Fläche 132 des Halbleiterleistungschips 130 verbunden sein. Das Verbindungselement 320 kann eine Kontaktklammer (Kontaktclip) oder ein anderes Mittel zum Verbinden des Halbleiterleistungschips mit einem externen Anschluss eines Package sein, zum Beispiel ein Band oder mehrere Bonddrähte. 3 FIG. 11 illustrates a semiconductor device 300. With regard to the electrically conductive substrate 110, the metal block 120, and the semiconductor power chip 130, the semiconductor device 300 may have the same design, specifications, and dimensions as the semiconductor device 100, for example an electrically conductive connecting element 320, which has a first surface 321, which is connected to the second surface 132 of the semiconductor power chip 130, which is opposite the first surface 131 of the semiconductor power chip 130. In 2 For example, the connection element 320 may be electrically and mechanically connected to an electrode (not shown) on the second surface 132 of the semiconductor power chip 130. The connecting element 320 may be a contact clip (contact clip) or some other means for connecting the semiconductor power chip to an external connection of a package, for example a tape or a plurality of bonding wires.

Das Verbindungselement 320 kann sich in mindestens einer seitlichen Dimension über den Umriss des Halbleiterleistungschips 130, über den Umriss des Metallblocks 120 und zum Beispiel über den Umriss des elektrisch leitenden Trägers 110 hinaus erstrecken. Das Verbindungselement 320 kann einen gebogenen Abschnitt oder Vorsprung 320a haben, der mit einer Kontaktinsel (d.h. Kontaktpad) 330 verbunden sein kann. Die Kontaktinsel 330 kann mit dem elektrisch leitenden Träger 110 koplanar sein. Des Weiteren kann die Kontaktinsel 330 zum Beispiel aus dem gleichen Material bestehen wie der elektrisch leitende Träger 110. Zum Beispiel kann die Kontaktinsel 330 ein Anschlussdraht des Leiterrahmens sein, wovon der elektrisch leitende Träger 110 eine Chipkontaktinsel (d.h. ein Chipkontaktpad) bildet.The connecting element 320 can extend in at least one lateral dimension beyond the outline of the semiconductor power chip 130, beyond the outline of the metal block 120 and, for example, beyond the outline of the electrically conductive carrier 110. The connector 320 may have a curved portion or protrusion 320a that may be connected to a contact pad (i.e., contact pad) 330. The contact pad 330 may be coplanar with the electrically conductive carrier 110. Furthermore, the contact island 330 can consist, for example, of the same material as the electrically conductive carrier 110. For example, the contact island 330 can be a connecting wire of the lead frame, of which the electrically conductive carrier 110 forms a chip contact island (i.e. a chip contact pad).

Das Halbleiterbauelement 300 kann des Weiteren ein elektrisch isolierendes Material umfassen, zum Beispiel ein Vergussmaterial, das einen Verkapselungskörper 310 bildet (der dem Verkapselungskörper 210 von 2 entspricht). Der Verkapselungskörper 310 kann teilweise oder vollständig zum Beispiel den Metallblock 120, zum Beispiel den Halbleiterleistungschip 130 und zum Beispiel das Verbindungselement 320 einbetten.The semiconductor component 300 can furthermore comprise an electrically insulating material, for example a potting material, which forms an encapsulation body 310 (that of the encapsulation body 210 from FIG 2 is equivalent to). The encapsulation body 310 may partially or completely embed, for example, the metal block 120, for example the semiconductor power chip 130 and, for example, the connection element 320.

Eine Unterseite 114 des elektrisch leitenden Trägers 110 und eine Unterseite 334 der Kontaktinsel 330 können am Umfangsrand des Halbleiterbauelements 300 frei liegen. Diese Flächen 114, 334 können äußere Anschlüsse des Halbleiterbauelements 300 bilden. Auf diese Weise können die Unterseite 114 des elektrisch leitenden Trägers 110 und die Unterseite 334 der Kontaktinsel 330 dafür konfiguriert sein, mit einer (nicht gezeigten) Anwendungsplatine verbunden zu werden, an der das Halbleiterbauelement 300 montiert ist.An underside 114 of the electrically conductive carrier 110 and an underside 334 of the contact island 330 can be exposed on the peripheral edge of the semiconductor component 300. These areas 114, 334 can form external connections of the semiconductor component 300. In this way, the underside 114 of the electrically conductive carrier 110 and the underside 334 of the contact pad 330 can be configured to be used (not shown) to be connected to the circuit board on which the semiconductor device 300 is mounted.

Das Halbleiterbauelement 300 kann verschiedene Package-Typen umfassen, wie zum Beispiel QFN (Quad Flat No-Lead)-Packages beispielsweise mit einem Halbätz-Leiterrahmen, oder andere Leiterrahmen-basierte Package-Typen. Das Halbleiterbauelement 300 kann ein Package umfassen, wie es in den offenen Standards von JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) angegeben ist, zum Beispiel ein Super-SO8-Package gemäß JEDEC MO-240, wobei die Merkmale, die den Abmessungen des Package, der Stiftanzahl usw., entsprechen, durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen sind.The semiconductor device 300 may comprise various package types, such as, for example, QFN (Quad Flat No-Lead) packages, for example with a half-etched lead frame, or other lead frame-based package types. The semiconductor component 300 can comprise a package as it is specified in the open standards of JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), for example a Super-SO8 package according to JEDEC MO-240, wherein the features, the dimensions of the package, the number of pins, etc., are incorporated herein by reference.

3 zeigt außerdem eine beispielhafte, detailliertere Offenbarung des Halbleiterbauelements 100, das einen Teil des Halbleiterbauelements 300 bildet. Wie in 3 veranschaulicht, kann eine erste Bondungsschicht 340 neben der Oberseite 112 des elektrisch leitenden Trägers 110 und der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 angeordnet sein, eine zweite Bondungsschicht 350 kann neben der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 und der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 angeordnet sein, und eine dritte Bondungsschicht 360 kann neben der zweiten Fläche 132 des Halbleiterleistungschips 130 und der ersten Fläche 321 des Verbindungselements 320 angeordnet sein. 3 FIG. 12 also shows an exemplary, more detailed disclosure of the semiconductor device 100 that forms part of the semiconductor device 300. As in 3 As illustrated, a first bonding layer 340 can be arranged next to the top side 112 of the electrically conductive carrier 110 and the first surface 121 of the metal block 120, a second bonding layer 350 can be arranged next to the second surface 122 of the metal block 120 and the first surface 131 of the semiconductor power chip 130 , and a third bonding layer 360 may be arranged adjacent to the second area 132 of the semiconductor power chip 130 and the first area 321 of the connection element 320.

Die Bondungsschichten 340, 350, 360 können zum Beispiel jeweils eine Diffusionslötbondung bilden, die zum Beispiel AuSn, AgSn, CuSn, AgIn, AuIn, AuGe, CuIn, AuSi, Sn oder Au umfasst oder daraus besteht. Des Weiteren können Weichlötbondungen, Hartlötbondungen, gesinterte Metallbondungen und/oder elektrisch leitende Klebebondungen verwendet werden, um eine oder mehrere der ersten, zweiten oder dritten Bondungsschichten 340, 350, 360 zu bilden.The bonding layers 340, 350, 360 can each form a diffusion solder bond, for example, which comprises or consists of, for example, AuSn, AgSn, CuSn, AgIn, AuIn, AuGe, CuIn, AuSi, Sn or Au. Furthermore, soft solder bonds, hard solder bonds, sintered metal bonds and / or electrically conductive adhesive bonds can be used in order to form one or more of the first, second or third bonding layers 340, 350, 360.

Die ersten, zweiten und/oder dritten Bondungsschichten 340, 350, 360 können eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine geringe Dicke haben. Zum Beispiel kann die Dicke der ersten, zweiten und/oder dritten Bondungsschicht 340, 350, 360 beispielsweise gleich oder kleiner als 10 µm, 5 µm oder 2 µm sein. Je kleiner die Dicke, desto besser der Wärmetransport über die entsprechende Bondungsschicht 340, 350, 360.The first, second and / or third bonding layers 340, 350, 360 can have a high thermal conductivity and / or a small thickness. For example, the thickness of the first, second and / or third bonding layer 340, 350, 360 can be, for example, equal to or less than 10 μm, 5 μm or 2 μm. The smaller the thickness, the better the heat transport via the corresponding bonding layer 340, 350, 360.

Die Funktionsweise des Metallblocks 120 hinsichtlich seiner thermischen Wirkungen wird im Folgenden anhand der 3 und 4 erläutert. 3 und 4 sind identisch, außer dass 3 schematisch eine stationäre Wärmeleistungsdissipation veranschaulicht und 4 schematisch eine dynamische Wärmeleistungsdissipation veranschaulicht.The mode of operation of the metal block 120 with regard to its thermal effects is explained below with reference to FIG 3 and 4th explained. 3 and 4th are identical except that 3 schematically illustrates a stationary thermal power dissipation and 4th schematically illustrates a dynamic thermal power dissipation.

„Stationäre Wärmeleistungsdissipation“ meint die durchschnittliche Wärmeleistung, die in dem Halbleiterleistungschip 130 während des Betriebes erzeugt wird. Diese Wärmeleistung wird kontinuierlich in dem Halbleiterleistungschip 130 erzeugt und muss darum kontinuierlich von dem Halbleiterleistungschip 130 abgeführt werden. Die Pfeile in 3 veranschaulichen die Hauptrichtungen des Wärmestromes innerhalb des Metallblocks 120, des elektrisch leitenden Trägers 110 und des Verbindungselements 320. In dem Metallblock 120 weitet sich die Hauptrichtung des Wärmestromes in einer seitlichen Richtung mit zunehmender Distanz von dem Halbleiterleistungschip 130 (oder von der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120) auf. Das heißt, aufgrund des Abmessungsdesigns des Metallblocks 120 kann sich der Wärmestrom aufweiten, wenn er den Metallblock 120 durchquert. In der Folge dieser räumlichen Aufweitung des Wärmestromes wird eine großflächige Wärmestromschnittstelle auf der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 gebildet. Dieser große Übergangsbereich zur Wärmedissipation zwischen dem Metallblock 120 und dem elektrisch leitenden Träger 110 erlaubt einen kontinuierlichen und effizienten Wärmeabfluss. Oder anders ausgedrückt: Der Metallblock 120 kann als ein „Wärmestromgeometriewandler“ angesehen werden, der so geformt ist, dass er an die räumlichen Eigenschaften der Wärmestrom-Aufweitung in Festkörpern angepasst ist.“Stationary thermal power dissipation” means the average thermal power that is generated in the semiconductor power chip 130 during operation. This thermal power is generated continuously in the semiconductor power chip 130 and must therefore be continuously dissipated from the semiconductor power chip 130. The arrows in 3 illustrate the main directions of the heat flow within the metal block 120, the electrically conductive carrier 110 and the connecting element 320. In the metal block 120, the main direction of the heat flow widens in a lateral direction with increasing distance from the semiconductor power chip 130 (or from the second surface 122 of the metal block 120). That is, due to the dimensional design of the metal block 120, the heat flow may expand as it traverses the metal block 120. As a result of this spatial expansion of the heat flow, a large-area heat flow interface is formed on the first surface 121 of the metal block 120. This large transition area for heat dissipation between the metal block 120 and the electrically conductive carrier 110 allows continuous and efficient heat dissipation. In other words: the metal block 120 can be viewed as a “heat flow geometry converter” which is shaped in such a way that it is adapted to the spatial properties of the heat flow expansion in solids.

Gemäß der Offenbarung ist es möglich, die Dicke T1 des elektrisch leitenden Trägers 110 signifikant zu verringern, um die gleiche stationäre Wärmeleistungsdissipation zu erreichen wie bei einer konventionellen Implementierung ohne den Metallblock 120. Dabei Leistungsanwendungen die Kosten für den elektrisch leitenden Träger 110 (zum Beispiel den Leiterrahmen (Leadframe)) einen erheblichen Anteil an den Gesamtkosten der Verkapselung (Package) ausmachen, senkt das Vorhandensein des Metallblocks 120 dank der Möglichkeit des Verringerns der Dicke T1 wesentlich die Gesamtkosten der Verkapselung.According to the disclosure, it is possible to significantly reduce the thickness T1 of the electrically conductive support 110 to achieve the same steady-state thermal power dissipation as a conventional implementation without the metal block 120 Leadframe (leadframe) make up a significant proportion of the total cost of the package, the presence of the metal block 120, thanks to the possibility of reducing the thickness T1, significantly lowers the total cost of the encapsulation.

Außerdem wird die dynamische Wärmeleistungsdissipation in Betracht gezogen. „Dynamische Wärmeleistungsdissipation“ meint Schwankungen bei der Erzeugung der Wärmeleistung in dem Halbleiterleistungschip 130. Die in dem Halbleiterleistungschip 130 generierte Wärmeleistung ist zeitvariant. Zeitvarianz kann zum Beispiel durch den zeitvarianten Betrieb des Halbleiterleistungschips 130 oder einen zeitvarianten Betrieb einer daran angeschlossenen Last oder beides verursacht werden.In addition, the dynamic dissipation of heat output is taken into account. “Dynamic heat power dissipation” means fluctuations in the generation of the heat power in the semiconductor power chip 130. The heat power generated in the semiconductor power chip 130 is time-variant. Time variance can be caused, for example, by the time-variant operation of the semiconductor power chip 130 or a time-variant operation of a load connected to it, or both.

Der dynamischen Wärmeleistungsdissipation wird durch die Wärmekapazität des Metallblocks 120 entgegengewirkt, die eng an den Halbleiterleistungschips 130 gekoppelt ist. Die Wärmekapazität des Metallblocks 120 ermöglicht eine kurzzeitige Wärmespeicherkapazität. Die Speicherung von Wärme aus einer dynamischen Dissipation in dem Metallblock 120 erlaubt eine temporäre Kühlung des Halbleiterleistungschips 110. Oder anders ausgedrückt: Der Metallblock 120 erweitert die Wärmekapazität des Halbleiterleistungschips 130 um eine effektive Wärmekapazität, was verhindert, dass Leistungsverlustspitzen den Halbleiterleistungschip 130 überhitzen.The dynamic heat power dissipation is counteracted by the heat capacity of the metal block 120, which is closely coupled to the semiconductor power chips 130. The heat capacity of the metal block 120 enables a short-term heat storage capacity. The storage of heat from dynamic dissipation in the metal block 120 allows temporary cooling of the semiconductor power chip 110. In other words: the metal block 120 expands the heat capacity of the semiconductor power chip 130 by an effective heat capacity, which prevents power loss peaks from overheating the semiconductor power chip 130.

In 4 veranschaulicht der durchzogene Pfeil von dem Halbleiterleistungschip 130 in den Metallblock 120 hinein die Kapazität der dynamischen Wärmeleistungsdissipation in den Metallblock 120. Der dünnere durchgezogene Pfeil von dem Halbleiterleistungschip 130 in das Verbindungselement 320 veranschaulicht die Kapazität der dynamischen Wärmeleistungsdissipation in das Verbindungselement 320.In 4th The solid arrow from the semiconductor power chip 130 into the metal block 120 illustrates the capacity of dynamic thermal power dissipation into the metal block 120. The thinner solid arrow from the semiconductor power chip 130 into the connector 320 illustrates the capacity of the dynamic thermal power dissipation into the connector 320.

Das Verbindungselement 320 kann mit einem Vorsprung 323 versehen sein, der eine Region mit größerer Dicke bildet, gemessen zwischen der ersten Fläche 321 des Verbindungselements 320 und einer zweiten Fläche, nämlich der Oberseite 322 des Verbindungselements 320. Der Vorsprung 323 stellt auch eine Wärmekapazität bereit, die als eine kurzzeitige Wärmespeicherkapazität während des zeitvarianten Betriebes des Halbleiterleistungschips 130 dient.The connecting element 320 may be provided with a protrusion 323 that forms a region of greater thickness, measured between the first surface 321 of the connecting element 320 and a second surface, namely the top surface 322 of the connecting element 320. The protrusion 323 also provides a heat capacity, which serves as a short-term heat storage capacity during the time-variant operation of the semiconductor power chip 130.

Somit kann festgestellt werden, dass der Metallblock 120 sowohl eine verbesserte stationäre Kühlung kraft seitlicher Wärmestrom-Aufweitung als auch eine verbesserte kurzzeitige Kühlung durch Koppeln einer zusätzlichen Wärmekapazität zum Puffern von Temperaturspitzen, die durch eine schwankende Wärmeleistungsdissipation verursacht werden, herbeiführt.It can thus be determined that the metal block 120 brings about both improved stationary cooling by virtue of lateral heat flow expansion and improved short-term cooling by coupling an additional heat capacity for buffering temperature peaks caused by fluctuating heat power dissipation.

5 veranschaulicht eine Draufsicht des beispielhaften Halbleiterbauelements 300. Linie A-A ist eine Schnittlinie, die beispielsweise den Schnittansichten der 3 und 4 entspricht. 5 ähnelt 2, und wir verweisen auf die entsprechende Beschreibung, um Wiederholungen zu vermeiden. Des Weiteren veranschaulicht 5 die Kontaktinsel (Kontaktpad) 330, die entlang mindestens eines Teils einer Seite des Verkapselungskörper 210 angeordnet sein kann. Ähnlich dem elektrisch leitenden Träger 110 kann die Kontaktinsel 330 Vorsprünge 333 haben, die aus dem Verkapselungskörper 210 hervorragen und frei liegen, um beispielsweise äußere Anschlüsse des Halbleiterbauelements 300 zu bilden. Wie in 5 gezeigt, kann der Halbleiterleistungschip 130 elektrisch mit der Kontaktinsel 330 durch das Verbindungselement 320 verbunden sein. Um eine hohe Leitfähigkeit zu ermöglichen, kann bei dem Verbindungselement 320 ein Abschnitt 320b von erhöhter Breite zwischen dem Halbleiterleistungschip 130 und der Kontaktinsel 330 angeordnet sein. 5 FIG. 14 illustrates a top view of exemplary semiconductor device 300. Line AA is a section line that intersects, for example, the sectional views of FIG 3 and 4th is equivalent to. 5 resembles 2 , and we refer to the corresponding description to avoid repetition. Also illustrated 5 the contact island (contact pad) 330, which may be arranged along at least part of a side of the encapsulation body 210. Similar to the electrically conductive carrier 110, the contact island 330 can have projections 333 which protrude from the encapsulation body 210 and are exposed in order to form external connections of the semiconductor component 300, for example. As in 5 As shown, the semiconductor power chip 130 may be electrically connected to the pad 330 through the connector 320. In order to enable high conductivity, a section 320b of increased width can be arranged between the semiconductor power chip 130 and the contact pad 330 in the connection element 320.

Des Weiteren kann das Halbleiterbauelement 300 eine weitere Kontaktinsel (Kontaktpad) 530 umfassen. Die Kontaktinsel 530 kann elektrisch mit einer Elektrode, zum Beispiel der Gate-Elektrode, des Halbleiterleistungschips 130 verbunden sein. Zum Beispiel kann ein (nicht gezeigter) Bonddraht für die elektrische Verbindung verwendet werden.Furthermore, the semiconductor component 300 can comprise a further contact island (contact pad) 530. The contact pad 530 may be electrically connected to an electrode, for example the gate electrode, of the semiconductor power chip 130. For example, a bond wire (not shown) can be used for the electrical connection.

6 veranschaulicht beispielhaft einen beispielhaften Schaltungsaufbau einer Stromversorgung 600 unter Verwendung eines Hochleistungstransistors T2 und eines Niederspannungstransistors T1, der in einem Kaskodenschaltkreis angeordnet ist. Der Hochleistungstransistor T2 kann zum Beispiel ein HEMT sein, zum Beispiel ein GaN-HEMT. Das kritische Feld von GaN ist zehn Mal größer als in Si, so dass Anwendungen mit geringer Größe und hoher Leistung und hoher Spannung möglich werden. Des Weiteren bietet GaN Schnellschaltfähigkeiten mit geringer Ladung. Andere Materialien, wie zum Beispiel SiC, haben ebenfalls kritische Felder, die signifikant größer sind als das kritische Feld von Si, und können darum ebenfalls einen extensiven Wärmeabfluss über kleinflächige Wärmeübergangschnittstellen erfordern. Der Niederspannungstransistor T1 kann zum Beispiel ein FET, zum Beispiel als Si-MOSFET, sein. 6th illustrates an exemplary circuit configuration of a power supply 600 using a high-power transistor T2 and a low-voltage transistor T1 arranged in a cascode circuit. The high-power transistor T2 can be, for example, a HEMT, for example a GaN-HEMT. The critical field of GaN is ten times larger than that of Si, making small size, high power, high voltage applications possible. Furthermore, GaN offers fast switching capabilities with a low charge. Other materials, such as SiC, also have critical fields that are significantly larger than the critical field of Si and can therefore also require extensive heat dissipation via small-area heat transfer interfaces. The low-voltage transistor T1 can, for example, be an FET, for example as a Si-MOSFET.

Die Transistoren T1, T2 können vertikale oder horizontale Bauelemente sein. Die Stromversorgung 600 kann zum Beispiel ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler sein. Die Gleichspannung, die an einem Ausgang 601 bereitgestellt wird, kann zum Beispiel mindestens 100 V, 200 V, 400 V, 600 V usw. betragen. Der Anschluss 602 kann mit einer negativen Versorgungsspannung oder Erde verbunden sein. Eine Eingangsspannung von beispielsweise 0 bis 5 V am Anschluss 603 kann zum Ansteuern der Gate-Elektrode von Transistor T1 verwendet werden. Die Gate-Elektrode von Transistor T2 kann zum Beispiel mit einer negativen Versorgungsspannung oder Erde verbunden sein. Induktanzen 604 können zwischen Erde und dem Source-Anschluss von Transistor T1, Erde und dem Gate-Anschluss von Transistor T2, der Drain-Elektrode von Transistor T1 und der Source-Elektrode von Transistor T2 und der Drain-Elektrode von Transistor T2 und dem Ausgang 601 verbunden sein.The transistors T1, T2 can be vertical or horizontal components. The power supply 600 may be an AC-to-DC converter, for example. The DC voltage that is provided at an output 601 can be at least 100 V, 200 V, 400 V, 600 V, etc., for example. Terminal 602 can be connected to a negative supply voltage or ground. An input voltage of, for example, 0 to 5 V at connection 603 can be used to control the gate electrode of transistor T1. The gate electrode of transistor T2 can be connected to a negative supply voltage or ground, for example. Inductances 604 may be between ground and the source of transistor T1, ground and the gate of transistor T2, the drain of transistor T1 and the source of transistor T2 and the drain of transistor T2 and the output 601 connected.

Der GaN-HEMT T2 ist ein Ausschaltbauelement (englisch: „normally-on device“). Jedoch verwandelt das Verbinden des Niederspannungs-FET T1 mit der Source-Elektrode des GaN-HEMT T2 über die Kaskodenschaltungen den HEMT T2 in einen Einschalttransistor (englisch: „normally-off device“).The GaN-HEMT T2 is a switch-off component ("normally-on device"). However, connecting the low voltage FET transforms T1 with the source electrode of the GaN-HEMT T2 via the cascode circuits the HEMT T2 into a switch-on transistor (English: "normally-off device").

Die Stromversorgung 600 kann als ein Doppelchip-Bauelement realisiert werden. Das heißt, der Niederspannungs-FET T1 kann in einem einzelnen Halbleiterleistungschip implementiert werden, und der Hochspannungs-HEMT T2 kann ebenfalls in einem einzelnen Halbleiterleistungschip 130 implementiert werden, der zum Beispiel gemäß der Offenbarung im vorliegenden Text verkapselt werden kann.The power supply 600 can be implemented as a double-chip component. That is, the low voltage FET T1 can be implemented in a single semiconductor power chip, and the high voltage HEMT T2 can also be implemented in a single semiconductor power chip 130 which, for example, can be encapsulated in accordance with the disclosure herein.

Die 7A-7G veranschaulichen beispielhaft Stufen eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterleistungsbauelements 700. Das Halbleiterleistungsbauelement 700, wie in 7G gezeigt, ähnelt dem Halbleiterleistungsbauelemente 100, 300, und wir verweisen auf die entsprechende Beschreibung im vorliegenden Text, um eine Wiederholung zu vermeiden.the 7A-7G illustrate exemplary stages of an exemplary method of manufacturing a semiconductor power device 700. The semiconductor power device 700, as shown in FIG 7G shown is similar to the semiconductor power components 100, 300, and we refer to the corresponding description in the present text in order to avoid repetition.

7A veranschaulicht das Bereitstellen des elektrisch leitenden Trägers 110 und der Kontaktinsel (Kontaktpad) 330. Wie oben erwähnt, können der elektrisch leitende Träger 110 und die Kontaktinsel 330 Unter- und/oder Oberseiten haben, die jeweils koplanar zueinander verlaufen. 7A illustrates the provision of the electrically conductive carrier 110 and the contact island (contact pad) 330. As mentioned above, the electrically conductive carrier 110 and the contact island 330 can have lower and / or upper sides which are respectively coplanar with one another.

Gemäß 7B kann ein Bondungsmaterial 710 auf der Oberseite 112 des elektrisch leitenden Trägers 110 abgeschieden werden. Das Bondungsmaterial 710 kann zum Beispiel Lot, ein Weichlot, ein Diffusionslot, eine Paste, eine Nanopaste oder einen elektrisch leitfähigen Klebstoff umfassen oder daraus bestehen. Das Abscheiden des Bondungsmaterials 710 auf dem Träger 110 kann in einem Batch-Prozess ausgeführt werden, d.h. für mehrere Halbleiterbauelemente 700, die parallel hergestellt werden.According to 7B For example, a bonding material 710 can be deposited on top 112 of the electrically conductive substrate 110. The bonding material 710 can for example comprise or consist of solder, a soft solder, a diffusion solder, a paste, a nanopaste or an electrically conductive adhesive. The bonding material 710 can be deposited on the carrier 110 in a batch process, that is to say for a plurality of semiconductor components 700 that are produced in parallel.

Genauer gesagt, kann das Bondungsmaterial 710 zum Beispiel aus einem Lötmaterial für Diffusionslötbondung, wie oben angesprochen, durch eine Paste, die Metallpartikel enthält, die in einem Polymermaterial oder Harz verteilt sind, wie zum Beispiel α-Terpineol, oder anderen Materialien hergestellt werden. Metallpartikel, die in einer Paste enthalten sind, können zum Beispiel aus Silber, Gold, Kupfer, Zinn oder Nickel bestehen. Die Erstreckungen (durchschnittlicher Durchmesser) der Metallpartikel können zum Beispiel kleiner als 100 nm und insbesondere kleiner als 50 nm sein. Diese Pasten werden vom Fachmann auch als Nanopasten bezeichnet.More specifically, the bonding material 710 can be made of, for example, a solder material for diffusion solder bonding, as mentioned above, through a paste containing metal particles dispersed in a polymer material or resin, such as α-terpineol, or other materials. Metal particles contained in a paste can consist of silver, gold, copper, tin or nickel, for example. The extensions (average diameter) of the metal particles can be, for example, smaller than 100 nm and in particular smaller than 50 nm. These pastes are also referred to as nanopastes by the person skilled in the art.

Wie in 7C gezeigt, wird der Metallblock 120 auf der Bondungsmaterial 710 über dem Träger 110 angeordnet. Zu diesem Zeitpunkt kann der Halbleiterleistungschip 130 bereits an dem Metallblock 120 montiert sein, zum Beispiel mit Hilfe einer Bondungsschicht, wie oben beschrieben. Insbesondere kann eine Diffusionslötbondungsschicht, die für eine unmittelbare thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterleistungschip 130 und dem Metallblock 120 sorgt, verwendet werden.As in 7C As shown, the metal block 120 is placed on the bonding material 710 over the carrier 110. At this point in time, the semiconductor power chip 130 can already be mounted on the metal block 120, for example with the aid of a bonding layer, as described above. In particular, a diffusion solder bonding layer, which provides for a direct thermal coupling between the semiconductor power chip 130 and the metal block 120, can be used.

Wie in 7D zu sehen, wird ein Bondungsmaterial 710 auf einer Oberseite 335 der Kontaktinsel (Kontaktpad) 330 abgeschieden. Das Abscheiden des Bondungsmaterials 710 auf der Oberseite 335 kann auch in einem Batch-Prozess ausgeführt werden, d.h. für mehrere Halbleiterleistungsbauelemente 700, die parallel hergestellt werden.As in 7D As shown, a bonding material 710 is deposited on a top surface 335 of the contact island (contact pad) 330. The deposition of the bonding material 710 on the upper side 335 can also be carried out in a batch process, that is to say for a plurality of semiconductor power components 700 that are produced in parallel.

Wie in 7E zu sehen, wird Bondungsmaterial 710 auf der zweiten Fläche 132 des Halbleiterleistungschips 130 abgeschieden. Das Abscheiden des Bondungsmaterials 710 auf der zweiten Fläche 132 kann auch gleichzeitig mit dem in 7D gezeigten Abscheidungsschritt ausgeführt werden.As in 7E As shown, bonding material 710 is deposited on the second surface 132 of the semiconductor power chip 130. The deposition of the bonding material 710 on the second surface 132 can also take place simultaneously with the in 7D deposition step shown can be carried out.

Wie in 7F zu sehen, kann das Verbindungselement 320 über den in den 7D und 7E abgeschiedenen Bondungsmaterialien 710 angeordnet werden. Das Anordnen der Verbindunselemente 320 über mehreren Halbleiterleistungschips 130 und Kontaktinseln (Kontaktpads) 330 kann in einem Batch-Prozess ausgeführt werden.As in 7F can be seen, the connector 320 can be via the shown in FIGS 7D and 7E deposited bonding materials 710 are arranged. The arrangement of the connection elements 320 over a plurality of semiconductor power chips 130 and contact pads (contact pads) 330 can be carried out in a batch process.

Wie in 7G zu sehen, wird Energie angelegt, um das Bondungsmaterial 710 aufzuschmelzen, zu sintern oder auszuhärten. Die Energie kann durch Wärme, Strahlung usw. angelegt werden. Zum Beispiel kann Wärme in einem Ofen, zum Beispiel einem Aufschmelzofen, angelegt werden. Durch das Anlegen von Energie verbindet das Bondungsmaterial 710, zum Beispiel Lot, Metallpaste oder leitfähiger Klebstoff, elektrisch und mechanisch die Oberseite 112 des Trägers 110 mit der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120, die zweite Fläche 132 des Halbleiterleistungschips 130 mit der Unterseite 321 des Verbindungselements 320, und die Oberseite 335 der Kontaktinsel (Kontaktpad) 330 mit der Unterseite 321 an dem Vorsprung 320a des Verbindungselements 320.As in 7G As shown, energy is applied to melt, sinter, or cure the bonding material 710. The energy can be applied through heat, radiation, etc. For example, heat can be applied in a furnace such as a reflow furnace. By applying energy, the bonding material 710, for example solder, metal paste or conductive adhesive, electrically and mechanically connects the top 112 of the carrier 110 to the first surface 121 of the metal block 120, and the second surface 132 of the semiconductor power chip 130 to the bottom 321 of the connecting element 320, and the upper side 335 of the contact island (contact pad) 330 with the lower side 321 on the projection 320a of the connecting element 320.

Die sequenziellen Prozessstufen, wie in den 7A-7G veranschaulicht, können zum Beispiel in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Zum Beispiel kann der Metallblock 120 nach dem Schritt von 7C und vor dem Schritt von 7D an den elektrisch leitenden Träger 110 gebondet werden. Gemäß einer anderen Variante braucht der Halbleiterleistungschip 130 nur auf dem Metallblock 120 in 7F angeordnet zu werden, aber nicht an diesen gebondet zu werden. In diesem Fall kann ein einzelner abschließender Temperaturprozess, zum Beispiel ein Aufschmelzschritt, ausreichen, um alle Bondverbindungen in dem Halbleiterbauelement 700 herzustellen.The sequential process stages, as in the 7A-7G may be performed in a different order, for example. For example, after the step of FIG 7C and before the step of 7D are bonded to the electrically conductive carrier 110. According to another variant, the semiconductor power chip 130 only needs to be on the metal block 120 in FIG 7F to be arranged, but not to be bonded to them. In this case, a single final temperature process, for example a melting step, can be sufficient to achieve all Establish bond connections in the semiconductor component 700.

Obgleich im vorliegenden Text konkrete Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, ist dem Fachmann klar, dass eine Vielzahl verschiedener alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen an die Stelle der konkret gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen treten können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Unter diese Anmeldung sollen ebenso alle Adaptierungen oder Variationen der im vorliegenden Text konkret besprochenen Ausführungsformen fallen.Although specific embodiments have been illustrated and described in the present text, it is clear to the person skilled in the art that a large number of different alternative and / or equivalent implementations can take the place of the specific embodiments shown and described without departing from the concept of the present invention. This application is also intended to include all adaptations or variations of the embodiments specifically discussed in the present text.

Claims (15)

Halbleiterbauelement (300), das aufweist: einen Leiterrahmen (110) mit einer Montagefläche (112) und einer gegenüber der Montagefläche (112) angeordneten zweiten Seite (114); einen Metallblock (120) mit einer ersten Fläche (121), die dem Leiterrahmen (110) zugewandt ist, und einer zweiten Fläche (122), die von dem Leiterrahmen (110) fortweist, wobei der Metallblock (120) eine Dicke, zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, von gleich oder größer als dem 1,5-fachen der Dicke des Leiterrahmens (110) hat und wobei ein Flächeninhalt der ersten Fläche (121) gleich oder größer als 4Tm · (Tm + Fc0,5) + Fc ist, wobei Tm die Dicke des Metallblocks (120) , zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, ist und Fc ein Flächeninhalt einer ersten Fläche eines Halbleiterleistungschips (130) ist, welche mit der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) verbunden ist; wobei der Halbleiterleistungschip (130) über der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) angeordnet und elektrisch mit dem Metallblock (120) und dem Leiterrahmen (110) verbunden ist; einen Verkapselungskörper (310), der den Leiterrahmen (110), den Metallblock (120) und den Halbleiterleistungschip (130) einbettet, wobei die zweite Seite (114) des Leiterrahmens (110) unter dem Halbleiterleistungschip (120) an dem Verkapselungskörper (310) freiliegt; und einen Kontaktclip (320) mit einer ersten Fläche (321), die mit einer zweiten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) gegenüber der ersten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) verbunden ist.A semiconductor component (300) comprising: a lead frame (110) having a mounting surface (112) and a second side (114) arranged opposite the mounting surface (112); a metal block (120) having a first surface (121) facing the lead frame (110) and a second surface (122) facing away from the lead frame (110), the metal block (120) having a thickness between the first (121) and second (122) areas measured equal to or greater than 1.5 times the thickness of the lead frame (110) and where an area of the first area (121) is equal to or greater than 4Tm * (Tm + Fc 0.5 ) + Fc, where Tm is the thickness of the metal block (120) measured between the first (121) and second (122) surfaces, and Fc is an area of a first surface of a semiconductor power chip (130) which is marked with the second surface (122) of the metal block (120) is bonded; wherein the semiconductor power chip (130) is disposed over the second surface (122) of the metal block (120) and is electrically connected to the metal block (120) and the lead frame (110); an encapsulation body (310) which embeds the lead frame (110), the metal block (120) and the semiconductor power chip (130), the second side (114) of the lead frame (110) under the semiconductor power chip (120) on the encapsulation body (310) exposed; and a contact clip (320) having a first surface (321) connected to a second surface of the semiconductor power chip (130) opposite the first surface of the semiconductor power chip (130). Halbleiterbauelement (300) nach Anspruch 1, das ferner aufweist: eine erste Bondungsschicht (340), die die Montagefläche (112) des Leiterrahmens (110) mit der ersten Fläche (121) des Metallblocks (120) mechanisch und elektrisch verbindet.Semiconductor component (300) according to Claim 1 further comprising: a first bonding layer (340) mechanically and electrically connecting the mounting surface (112) of the lead frame (110) to the first surface (121) of the metal block (120). Halbleiterbauelement (300) nach Anspruch 2, wobei die erste Bondungsschicht (340) eine Diffusionslotschicht, eine Weichlotschicht, eine gesinterte Metallschicht, eine Nanopastenschicht oder eine leitende Klebstoffschicht ist.Semiconductor component (300) according to Claim 2 wherein the first bonding layer (340) is a diffusion solder layer, a soft solder layer, a sintered metal layer, a nanopaste layer or a conductive adhesive layer. Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: eine zweite Bondungsschicht (350), die die zweite Fläche (122) des Metallblocks (120) mechanisch und elektrisch mit einer ersten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) verbindet.The semiconductor component (300) according to any one of the preceding claims, further comprising: a second bonding layer (350) mechanically and electrically connecting the second surface (122) of the metal block (120) to a first surface of the semiconductor power chip (130). Halbleiterbauelement (300) nach Anspruch 4, wobei die zweite Bondungsschicht (350) eine Diffusionslotschicht, eine Weichlotschicht, eine gesinterte Metallschicht, eine Nanopastenschicht oder eine leitende Klebstoffschicht ist.Semiconductor component (300) according to Claim 4 wherein the second bonding layer (350) is a diffusion solder layer, a soft solder layer, a sintered metal layer, a nanopaste layer or a conductive adhesive layer. Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Metallblock (120) eine Dicke, zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen des Metallblocks (120) gemessen, von gleich oder größer als 0,5 mm, 0,75 mm, 1,0 mm, 1,25 mm oder 1,5 mm hat.The semiconductor component (300) according to any one of the preceding claims, wherein the metal block (120) has a thickness, measured between the first (121) and second (122) surfaces of the metal block (120), of equal to or greater than 0.5 mm, 0, 75 mm, 1.0 mm, 1.25 mm or 1.5 mm. Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Flächeninhalt der ersten Fläche (121) des Metallblocks (120) gleich oder größer als 8,0 mm2, 14,0 mm2, 20,0 mm2 oder 26,0 mm2 ist.Semiconductor component (300) according to one of the preceding claims, wherein an area of the first surface (121) of the metal block (120) is equal to or greater than 8.0 mm 2 , 14.0 mm 2 , 20.0 mm 2 or 26.0 mm 2 is. Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Flächeninhalt einer ersten Fläche des Halbleiterleistungschips (130), die mit der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) verbunden ist, gleich oder kleiner als 10,0 mm2, 7,5 mm2, 5,0 mm2, 2,5 mm2 oder 1,0 mm2 ist.Semiconductor component (300) according to one of the preceding claims, wherein an area of a first area of the semiconductor power chip (130), which is connected to the second area (122) of the metal block (120), is equal to or less than 10.0 mm 2 , 7, 5mm 2 , 5.0mm 2 , 2.5mm 2, or 1.0mm 2 . Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Flächeninhalt der ersten Fläche (121) des Metallblocks (120) gleich oder größer als 3Tm · (3Tm/4 + Fc0,5) + Fc ist, wobei Tm die Dicke des Metallblocks (120), zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen des Metallblocks (120) gemessen, ist und Fc ein Flächeninhalt einer ersten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) ist, welche mit der zweiten Fläche des Metallblocks (120) verbunden ist.The semiconductor device (300) according to any one of the preceding claims, wherein an area of the first area (121) of the metal block (120) is equal to or greater than 3Tm * (3Tm / 4 + Fc 0.5 ) + Fc, where Tm is the thickness of the metal block (120), measured between the first (121) and second (122) surfaces of the metal block (120), and Fc is an area of a first surface of the semiconductor power chip (130) connected to the second surface of the metal block (120) . Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterleistungschip (130) ein vertikaler Halbleiterleistungschip ist.The semiconductor component (300) according to any one of the preceding claims, wherein the semiconductor power chip (130) is a vertical semiconductor power chip. Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterleistungschip (130) ein GaN-Leistungschip, ein Si-Leistungschip oder ein SiC-Leistungschip ist.Semiconductor component (300) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor power chip (130) is a GaN power chip, a Si power chip or an SiC power chip. Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Wärmeleistung des Halbleiterleistungschips (130) gleich oder größer als 3,0 W, 5,0 W, 7,0 W oder 9, 0 W ist.The semiconductor component (300) according to any one of the preceding claims, wherein a thermal output of the semiconductor power chip (130) is equal to or greater than 3.0 W, 5.0 W, 7.0 W or 9.0 W. Halbleiterbauelement (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement (300) ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler oder ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ist.Semiconductor component (300) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor component (300) is an AC-DC converter or a DC-DC converter. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements (300), wobei das Verfahren umfasst: Bonden eines Halbleiterleistungschips (130) an eine zweite Fläche (122) eines Metallblocks (120) und dadurch elektrisches Verbinden des Halbleiterleistungschips (130) mit dem Metallblock (120) ; Bonden des Metallblocks (120) an eine Montagefläche (112) eines Leiterrahmens (110), wobei eine ersten Fläche (121) des Metallblocks (120) dem Leiterrahmen (110) zugewandt ist und die zweite Fläche (122) von dem Leiterrahmen (110) fortweist, wobei der Metallblock (120) eine Dicke, zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, von gleich oder größer als dem 1,5-fachen der Dicke des Leiterrahmens (110) hat und wobei ein Flächeninhalt der ersten Fläche (121) gleich oder größer als 4Tm · (Tm + Fc0,5) + Fc ist, wobei Tm die Dicke des Metallblocks (120) , zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, ist und Fc ein Flächeninhalt einer ersten Fläche eines Halbleiterleistungschips (130) ist, welche mit der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) verbunden ist; Verbinden einer ersten Fläche (321) eines Kontaktclips (320) mit einer zweiten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) gegenüber der ersten Fläche des Halbleiterleistungschips (130); und Verkapseln des Halbleiterleistungschips (130), des Metallblocks (120) und des Leiterrahmens (110) in einem Verkapselungskörper (310) derart, dass eine zweite Seite (114) des Leiterrahmens (110) gegenüber der Montagefläche (112) unter dem Halbleiterleistungschip (120) an dem Verkapselungskörper (310) freiliegt.A method of manufacturing a semiconductor device (300), the method comprising: bonding a semiconductor power chip (130) to a second surface (122) of a metal block (120) and thereby electrically connecting the semiconductor power chip (130) to the metal block (120); Bonding of the metal block (120) to a mounting surface (112) of a lead frame (110), wherein a first surface (121) of the metal block (120) faces the lead frame (110) and the second surface (122) faces the lead frame (110) further, wherein the metal block (120) has a thickness, measured between the first (121) and second (122) surfaces, equal to or greater than 1.5 times the thickness of the lead frame (110) and an area of the first Area (121) is equal to or greater than 4Tm * (Tm + Fc 0.5 ) + Fc, where Tm is the thickness of the metal block (120) measured between the first (121) and second (122) surfaces, and Fc is a Is the area of a first surface of a semiconductor power chip (130) which is connected to the second surface (122) of the metal block (120); Connecting a first surface (321) of a contact clip (320) to a second surface of the semiconductor power chip (130) opposite the first surface of the semiconductor power chip (130); and encapsulating the semiconductor power chip (130), the metal block (120) and the lead frame (110) in an encapsulation body (310) such that a second side (114) of the lead frame (110) opposite the mounting surface (112) under the semiconductor power chip (120 ) is exposed on the encapsulation body (310). Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst: Abscheiden eines ersten Bondungsmaterials auf dem Leiterrahmen (110); Anordnen des Metallblocks (120) auf dem ersten Bondungsmaterial; Abscheiden eines zweiten Bondungsmaterials auf dem Halbleiterleistungschip (130); Anordnen eines Kontaktclips auf dem zweiten Bondungsmaterial; und Anlegen von Energie zum Montieren des Metallblocks (120) an dem Leiterrahmen (110) und zum Montieren des Kontaktclips an dem Halbleiterleistungschip (130).Procedure according to Claim 14 further comprising: depositing a first bonding material on the lead frame (110); Placing the metal block (120) on the first bonding material; Depositing a second bonding material on the semiconductor power chip (130); Placing a contact clip on the second bonding material; and applying energy to mount the metal block (120) to the lead frame (110) and to mount the contact clip to the semiconductor power chip (130).
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